变压器的纵联差动保护

1、变压器的纵联差动保护众所周知，纵差保护是一切电气主设备的主保护，它灵 敏度高、选择性好，在变压器保护上运用较为成功。它可以 用来反映变压器绕组的相间短路故障、中性点接地侧绕组的 接地故障以及引曲线的相间短路故障、中性点接地侧引曲线 的接地故障。但是变压器纵差保护一直存在励磁涌流难以鉴 定的问题，虽然已经有几种较为有效的闭锁方案，又因为超 高压输电线路长度的增加、静止无功补偿容量的增大以及变 压器硅钢片工艺的改进、磁化特性的改善等因素，变压器纵 差保护的固有原理性矛盾更加突生。纵差保护还受到互感器 采集不平衡电流的影响，在本章将研究纵差保护的基本原 理、不平衡电流的产生及克服方案。1变压器纵差保

2、护基本原理按照反应电流和电压量变化构成的保护装置，测量元件 限于装设在被保护元件的一侧，无法区别被保护范围末端和 相邻范围始端的故障。为了保证动作的选择性，在整定动作 参数时必须与相邻元件的保护相配合，一般采用缩短保护区 （降低灵敏度）或延长动作时限（降低速动性）的方法来获得选 择性。但从保证系统稳定运行和减轻故障变压器的损失及避 免扩大事故的要求来看，希望能快速切除被保护范围内任意 地点发生的故障。如果保护装置的测量元件能同时反应被保 护设备两端的电量时，就能正确判断被保护范围区内和区外 的故障。被保护元件发生内部和外部故障时，其各侧功率方 向或电流相位是有差别的，因而根据比较被保护元件各端

3、电 流大小和相位差别的方法而构成的纵联差动保护，获得了广 泛的应用。采用差动继电器作保护的测量元件，用来比较被 保护元件各端电流的大小和相位之差，从而判断保护区内是 否发生短路。由于纵联差动保护只在保护区内短路时才动作，不存在 与系统中相邻元件保护的选择性配合问题，因而可以快速切 除整个保护区内任何一点的短路，这是它的可贵优点。但是，为了构成纵联差动保护装置，必须在被保护元件各端装设电 流互感器，并将它们的二次线圈用辅助导线连接起来，接差 动继电器。由于受助导线条件的限制，纵向连接的差动保护 仅限于用在短线路上，对于发电机、变压器及母线等，则可 广泛采用纵联差动保护实现主保护。变压器差动保护是

4、按照循环电流原理构成的，图3.1(a)为差动保护的单相原理接线图。双绕组变压器，在其两侧装 设电流互感器。当两侧电流互感器的同极性端子在同一方面，则将两侧电流互感器的不同极性的二次端子相连接 (如果 同极性端子均置于靠近母线一侧， 二次侧为同极性相连)，差 动继电器的工作线圈并联在电流互感器的二次端子上。由于 变压器高压侧和低压侧的额定电流不同，因此必须适当选择 两侧电流互感器的变比，使得在正常运行和外部故障时两侧 的二次电流相等，流过差动继电器线圈的电流在理论上为 零，即由上可知，若要使得正常运行和外部故障时两侧二次电 流相等，在理想情况下，应选择两侧电流互感器变比的比值 等于变压器的变比，

5、流入差动继电器的电流为纵差保护动作判据用下式表示：（3-3）式中： 纵差保护动作整定电流。当变压器正常运行及外部故障时，此时差电流小于动作整定电流，保护不动作。当变压器 内部故障时，继电器反应两侧电流之和，此时差电流大于动 作整定电流，继电器动作于跳闸，将故障变压器从电源上切 除。三绕组变压器差动保护是利用比较变压器三侧电流大小 和相位的方法而构成，其工作原理的分析与上述相同。由此可见，变压器差动保护装置的保护范围，即为各侧 电流互感器所包围的区域。保护区内故障，继电器动作于跳 闸;保护区以外故障时，继电器不动作。因此，在满足选择性 要求的同时，不需要与相邻元件的保护在整定值上相配合， 从而构

6、成不带延时的速动保护，用来保护变压器绕组的相间 短路、匝间短路、各电压侧引曲线短路，以及中性点接地侧 变压器绕组和引由线上的单相接地短路。2变压器差动保护的特点变压器差动保护在正常运行和外部短路时，理想情况下 流入差动继电器的电流为零，保护装置不动作。但实际上变 压器差动保护与发电机差动保护相比，在正常运行和外部短 路时的工作行为有很大的不同。因为变压器差动继电器在保 护区外短路时，受到一些可能引起误动作因素的影响，而这 些影响因素在发电机差动保护中一般不会由现，具体表现有 以下几个特点：(1)变压器差动保护所用的各侧电流互感器的电压等级 不同，变比、容量以及铁芯饱和特性不一致。即使采用平衡

7、线圈或自耦变流器的方法进行补偿，各侧电流互感器之间的 变比仍可能不匹配。在正常运行和外部短路时，差动回路中 流过的不平衡电流仍可能比较大。(2)变压器调节分接头改变了变压器的变比，使已选定的电流互感器之间不匹配，也使不平衡电流增大。(3)由于变压器绕组 Y公连接，使各侧电流相位不一致， 因此，电流互感器的接线组别应与其相适应。但电流互感器 变比的选择，由于受到标准变比的选择，仍可能不匹配并产 生不平衡电流。(4)变压器在空载合闸或切除外部故障时的电压恢复过 程中产生励磁涌流。由于这些特殊因素的影响，使得变压器差动保护的不平衡电流远比发电机差动保护的大。不平衡电流或励磁涌流如 同在内部故障时一样

8、，全部流入差动回路，可能会使差动保 护误动作。为了保证差动保护的选择性，继电器的动作电流 必须避越外部故障时的较大不平衡电流。因此，不平衡电流 越大，继电器整定的动作电流也越大，将使内部故障时保护 的灵敏度降低。为了提高差动保护的灵敏度，就必须设法减 小不平衡电流。所以，减小不平衡电流及其影响，是实现差 动保护的关键问题。3变压器内部故障差动保护存在原理性问题差动保护的原理是基于进入网络电流与离开该网络的电流相等.如果该网络泄漏电流，则进入网络的电流与离开该 网络的电流产生差值。因此该保护原理用于发电机保护是十 分成功.但是将差动原理用到电力变压器的内部故障保护则 存在一此原理性的问题。 一般认为，TA饱和，两个TA的变比 与变压器的变比不匹配，由于变压器调压改变了分接区接线由于变压器采用Y,d接线产生原边和副边的相位移，励磁涌流，过励磁等非内啊短 路故障都可能引起差电流的误差，从而使差动保护原理应用于电力变压器的合理性遇到挑战。首先，电力变压器原副边有较大的变比。因此，从原理上，要求变压器原、副边连接的电流互感器（TA）的变化与变压器原、副边的变比完全一致，但是实现起来是有困难的。 因为有 很多因素可造成 TA的变比与变压器原、副边的变比不一样比如,TA的计算变比与标称的变比可能不一致;TA的饱和也会造成变比的改变；变压器分接头的调整也会改变